Volt

Voltmeter in einer alten Besteckfabrik in Fleckenberg
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METRAWATT Universalmessgerät UNIGOR 3s.
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abgelesene Werte (Verbrauch) Volt und Watt mittels Steckdose per WLAN. Zielrichtung ist eine Energieeinsparung
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Das Volt ist die im Internationales Einheitensystem (SI) für die elektrische Spannung verwendete Maßeinheit.
Sie wurde 1897 nach dem italienischen Physiker Alessandro Volta benannt. Als Einheitenzeichen wird der Großbuchstabe „V“ verwendet.

Das Volt ist eine Internationales Einheitensystem#Kohärente Einheiten, Internationales Einheitensystem#SI-Einheiten|abgeleitete SI-Einheit, das heißt, sie ist mit den Basiseinheiten über den numerischen Faktor Eins verbunden.

Definition und Darstellung

Im SI-Einheitensystem ist das Volt definiert als diejenige elektrische Elektrisches Potential|Potentialdifferenz oder elektrische Spannung, die anliegt, wenn bei einer Stromstärke von einem Ampere (1 A) die Leistung von einem Watt (1 W) abgegeben wird.

$\mathrm {1\,V=1\,{\frac {W}{A}}}$

Das Watt ist mit der Energieeinheit Joule (J) und der Krafteinheit Newton (Einheit)|Newton  (N) verbunden über:

$\mathrm {1\,J=1\,N\,m=1\,W\,s} \,$,

und somit gilt:

$\mathrm {1\,V=1\,{\frac {N\cdot m}{A\cdot s}}=1\,{\frac {kg\cdot m^{2}/s^{2}}{A\cdot s}}=1\,{\frac {kg\cdot m^{2}}{A\cdot s^{3}}}} \,.$

Reproduzierbare Darstellung

Die obige Definition kann in der Praxis nur schwer als genaue Referenz eingesetzt werden. Als Normal|Spannungsnormal wird seit 1990 ein Volt mittels des Josephson-Effekts realisiert. Hierbei ist die Spannung über die Josephson-Effekt#Josephson-Konstante mit einer Frequenzmessung verknüpft.

Diese Konstante beträgt:

$K_{\mathrm {J} }={\frac {2e}{h}}=4{,}835\,978\,484\ldots \cdot 10^{14}\,\mathrm {\frac {Hz}{V}} \,.$

Sie ist exakt bekannt, weil der Elementarladung $e$ und dem Plancksches Wirkungsquantum|Planckschen Wirkungsquantum $h$ exakte Werte zugewiesen sind (siehe auch Internationales Einheitensystem#Neudefinition2019|Definition der SI-Einheiten). Damit kann mittels Referenzmessungen die Darstellung des Volt auf eine sehr genaue Frequenzmessung (Zeitmessung) zurückgeführt werden.

Historische Definition und Namensgebung

1861 schlugen die beiden englischen Elektro-Ingenieure Josiah Latimer Clark und Charles Tilston Bright vor, die Einheit der Elektrischen Spannung mit Ohma (nach dem deutschen Physiker Georg Simon Ohm) und die Einheit des Elektrischen Widerstands mit Volt zu benennen. 1881 legte der Internationaler Elektrizitätskongress|Internationale Elektrizitätskongress allerdings dann endgültig das Volt als Einheit für die elektrische Spannung und das Ohm als Einheit für den elektrischen Widerstand fest mit der Definition 1 V = 10⁸ e.m.u. (Elektromagnetisches CGS-Einheitensystem|elektromagnetische CGS-Einheiten) und 1 Ω = 10⁹ e.m.u. (später zur Unterscheidung „absolutes Volt“ und „absolutes Ohm“ genannt).

In der Folge wurde die Einheiten Ampere und Ohm durch Normale definiert: das Ampere über die Menge von Silber pro Zeitspanne, die bei Elektrolyse abgeschieden wird, und das Ohm durch ein metallisches Widerstandsnormal. Dadurch war implizit auch das Volt festgelegt. Diese Definitionen waren zunächst länderspezifisch (in Deutschland 1888) und wurden 1908 international vereinheitlicht. 1910 wurde das Volt über das Weston-Normalelement definiert, und auch das Ampere erhielt eine neue Definition. Die so definierten „internationalen“ Einheiten V_int und Ω_int waren von Anfang an so gewählt worden, dass sie möglichst exakt mit den „absoluten“ Einheiten übereinstimmen sollten. Die Abweichung betrug 3,4·10⁻⁴ bzw. 4,9·10⁻⁴.<ref name="CGPM46" />

Auf Beschluss der CIPM von 1946, ratifiziert 1948 durch die 9. Generalkonferenz für Maß und Gewicht, wurde das „internationale“ Volt, ebenso wie die anderen „internationalen“ Einheiten, als separat definierte Einheit abgeschafft; das Spannungsnormal diente nur noch zur Darstellung des Volt.<ref name="CGPM46" />

1988 beschloss die CIPM mit Wirkung zum 1990 ein neues Spannungsnormal, basierend auf dem Josephson-Effekt. Für die Josephson-Konstante setzte man den Wert K_J-90 = 483 597,9 GHz/V fest. Mit der Internationales Einheitensystem#Neudefinition2019|Revision des SI von 2019 erhielt die Josephson-Konstante ihren heutigen, exakten Wert.

Gebräuchliche dezimale Vielfache

Die Einheit Volt ist mit verschiedenen Vorsätze für Maßeinheiten|Vorsätzen für Maßeinheiten (SI-Präfixe) in Verwendung, beispielsweise:

Präfix-Schreibweise	Dezimal
1 µV (Mikrovolt)	0,000 001 Volt
1 mV (Millivolt)	0,001 Volt
1 V (Volt)	1 Volt
1 kV (Kilovolt)	1 000 Volt
1 MV (Megavolt)	1 000 000 Volt
1 GV (Gigavolt)	1 000 000 000 Volt

Siehe auch:

• Strom - Zusammenfassung

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